Električni kapacitet provodnika i kondenzatora

0
1680

 

Električni kapacitet provodnika

 

Riječ kapacitet sigurno ste čuli. Na primjer  kapacitet stadiona ili kapacitet pluća. Kapacitet stadiona označava koliko stadion može primiti gledalaca, pa bi analogno tome, riječ električni kapacitet provodnika mogla da znači koju količinu naboja neki provodnik može primiti.

 

Potrebne su različite količine naboja, da bi se različiti provodnici naelektrisali do istog potencijala. Promjenom količine naboja na nekom provodniku mijenja se i njegov potencijal. Odnosno između q i V postoji stalan odnos.

 

 

 

Ovaj odnos predstavlja električni kapacitet provodnika.

Odnos količine naboja i potencijala je električni kapacitet provodnika.

 

Iz datog odnosa se mogu izraziti q i V.  

 

 

Električni kapacitet provodnika jednak je odnosu količine naelektrisanja i postignutog električnog potencijala.

Fizička veličina kojom se karakteriše svojstvo provodnika da pri istom potencijalu mogu
da sadrže različite količine naelektrisanja, naziva se električni kapacitet. Jedinica za kapacitet je farad (F).

Kapacitet od 1 farada ima provodnik čiji se potencijal promijeni za 1 volt kada mu se količina naelektrisanja promijeni za 1 kulon.

Kapacitet od jednog farada nema čak ni Zemlja, tako da u praksi upotrebljavamo
manje jedinice i to: mikrofarad, nanofarad i pikofarad.

 

 

Primjer 1: Ako izolovanoj metalnoj kugli spojenoj sa elektrometrom, dovodimo kušalicom količinu naelektrisanja, elektrometar će pokazivati veći otklon, ako je dovedena veća količina naboja.

 

KAPACITET KONDENZATORA

Primjena kondenzatora

Primjena kondenzatora

Kondenzatori su najčešće korišćene elektronske komponente. Našli smo kondenzatore na televizijama, računarima i svim elektronskim kolima. Kondenzator je elektronski uređaj koji skladišti električnu energiju ili električnu energiju kada se primjenjuje napon i oslobađa uskladišteno električno napajanje kad god je to potrebno. Kondenzatori se vezuju kombinovano i  često se koriste u praksi u elektronskim uređajima. Zbog toga je potrebno znati kako kondenzatore vezujemo u baterije, gjde im se ekvivalentni kapacitet može smanjiti ili povećati po potrebi.  Kondenzatore u  baterije vezujemo serijski i paralelno.

Prvi kondenzatori

 

 

      

 

Kondenzatori su bili prvi uređaji u kojima se može akumulirati neka veća količina elektriciteta. Prvi takav tip kondenzatora je Lajdenska boca. Lajdensku bocu je nezavisno izmislio njemački sveštenik Ewald Georg von Kleist i Piter van Musschenbroek iz Lejdena u Holandiji oko 1745. Ovaj prvi kondenzator je važan, zato što se koristio u mnogim ranim eksperimentima vezanim za elektricitet, uključujući eksperimente Benjamin Franklin.  Oblijepljena je spolja i iznutra metalnom folijom, a preko metalne šipke dovodi se naelektrisanje. Pražnjenjem može doći do varničenja, što pokazuje da je unutar boce akumulirana velika količina elektriciteta.

 

 

Na jednom mjestu u Bibliji se u detalje, s velikom preciznošću, opisuje mašina u kojoj se elektricitet stvarao trenjem vazduha o svilene zavjese i gomilao u kutiji konstruisanoj kao kondenzator. Čovjek je upoznao prirodu naboja, otkrio metod kako tijela može naelektrisati, sada je pomoću kondenzatora našao i način kako taj elektricitet sakupiti i sačuvati na jednom mjestu.

Primejena kondenzatora

Primejena kondenzatora

 

Primejena kondenzatora – Za izradu računara koriste se različiti kondenzatori. Neke tastature koriste kondenzatore na bazi  tastera. Kada se pritisne taster, razmak kondenzatora se smanjuje, pri čemu se  kapacitet se povećava. Tipka reaguje na promjenu kapaciteta.

 

 

Električni kapacitet kondenzatora

 

 

 

 

Kondenzator, je jednostavan uređaj koji se koristi za “skladištenje elektriciteta”.

Kondenzator ima sposobnost ili “kapacitet” za skladištenje električnog naboja koji proizvodi potencijalnu razliku (Statični napon) preko svojih ploča, slično kao mala baterija.

Osobina kondenzatora za akumuliranje naboja  na svojim pločama naziva se Kapacitet kondenzatora. Ne samo to, već  je i kapacitivnost je osobina kondenzatora koji sspriječava promejenu napona između ploča.

Kondenzatorska sposobnost za skladištenje ovog električnog naboja (Q) između ploča je proporcionalna primjenjenom naponu, U.

 

Kapcitet C je uvijek pozitivan, nikada ne može biti negativan.

 

Na kom principu radi pločasti kondenzator?

 

Priključimo elektroskop na metalnu ploču, kao što je prikazano na slici 1 (a), i ploču nalektrišemo negativnim (ili pozitivnim nabojem). Kako povećavamo količinu naboja, listovi elektroskopa će se sve više i više širiti, a potencijal ploče će se povećavati srazmerno količini naboja. (potencijal bilo koje naelektrisane ploče mora biti proporcionalan količini naboja na ploči). U nekom trenutku ploča će doći do toga da  će elektroni kroz  vazduh. Donesemo sada drugu ploču, pločicu B, koja je uzemljena (spojena na tlo), blizu nje, kao što je prikazano na slici  (b). Dok približavamo ploču B, listovi elektroskopa počinju da se skupljaju. Što bliže donosimo ploču B,  listovi elektroskopa se sve više skupljaju. Kako se listovi skupljaju, potencijal na ploči A pada, a kapacitet ploče koju punimo se povećava. Nalazimo da sada možemo dodati mnogo više naboja na ploču.

 

 

Šta se dogodilo? Dok smo doveli ploču B blizu ploče A, količina naboja na ploči A ostala je ista. Zašto su listovi na elektroskopu skupljali? Odgovor: Kada je ploča B postavljena suprotno ploči A, postala je naelektrisana indukcijom. Elektroni su sa druge ploče su  odvedeni kroz uzemljenje. Neuravnotežena pozitivna naelektrisanja na ploči B djelovala su tako da  “vezuju” elektronove na ploči A, neutrališu ih i smanjuju potencijal. Vazduh između ploča smanjuje usljed polarizacije jačinu električnog  polja između ploča kondenzatora – smanjuje se i napon između njih pri istoj količini naelektrisanja na pločama. sledi da ima veću kapacitivnost.

 

 

 

Skladištenje elektriciteta u kondenzatorima

Kondenzatori se mogu koristiti za čuvanje elektrčnog naboja. Količina naboja  koja se čuva jednaka je radu koji je izvršen kako bi ga napunili. Tokom procesa punjenja, baterija radi na prenosu punjenja sa jedne ploče i nanošenja na drugu.

Slika: Rad vrši (spoljni agent), baterija u prenošenju + q sa negativne ploče  na pozitivnu ploču.

 

 

 

 

Različite vrste električnih kondenzatora: višeslojni keramički, disk-keramički, višeslojni folijski, cjevasti keramički, polistirolski (aksijalni i radijalni), elektrolitski.

 

Pločasti kondenzator

Osnovna konstrukcija svih kondenzatora je slična i  veoma jednostavna. Kondenzator je napravljen od dvije električno provodljive ploče postavljene blizu jedna drugoj, koje se ne dodiruju. Ove provodne ploče normalno napravljene su od materijala kao što su aluminijum, mesing ili bakar. Prazan prostor između ovih ploča ispunjen je neprovodnim materijalom ili električnim izolatorom. Materijal  ili dielektrik između dve ploče može biti vazduh, vakuum, staklo, tečnost ili čvrsta materija.

Kada je kondenzator napunjen, njegove ploče imaju jednake količine naboja, ali suprotni  predznaka: + q i -q.

 

 

Kapacitet pločastog kondenzatora

 

Uopšteno, kapacitet kondenzatora se  povećava  sa površine  ploča i povećava se kako se rastojanje između ploča smanjuje.

Osnovna funkcija kondenzatora je  da akomulira naboj. Što je veća vrijednost kapaciteta, to što više naboja može stati na ploče kondenzatora. Kad  se veličina ploča povećana, kapacitet  se povećava, jer je fizički više prostora da stane više električnog naboja. Kad se ploče kondenzatora udaljavaju, kapacitet se smanjuje, jer jačina električnog polja između ploča opada sa povećanjem rastojanja.


Kapcitet pločastog kondenzatora srazmjeran je površini ploča, a obrnuto srazmjeran ratojanju između njih, veći je što je veća dielektrička propustljivost izolatora između ploča.

Na primjer, kapacitivnost paralelne ploče kondenzatora (najčešća vrsta kondenzatora i vrsta koju smo razmatrali u prethodnom eksperimentu) može predstaviti izrarom:

gdje je:

S = površina ploča (m2)

d = rastojanje između ploča (m)

ε= dielektrična konstanta za dielektriju između ploča

ε0 = 8.85×10-12 C2/N-m2

C = kapacitivnost (farads) (F)

 

Spajanje kondenzatora

Osnovni cilj koji treba postići vezivanjem kondenzatora je smanjenje ili povećanje kapaciteta baterije.

 

Serijska veza: Ako se kondenzatori povežu jedan iza drugog, to je spajanje u niz ili seriju.
Ako na jednu ploču kondenzatora kapaciteta C1 dovedemo naboj q i druga ploča, kao što
smo rekli se naelektriše istom količinom naelektrisanja suprotnog predznaka, te ako serijski
spojimo kondenzatore, naboj na pločama serijski vezanih kondenzatora, koji će biti akumuliran na pločama biće isti. q= const

 

 

Kada jednačinu podijelimo sa Q, dobijamo matematički izraz za serijsku vezu kondenzatora:

 

 

Ukupni kapacitet ove baterije serijski vezanih kondenzatora se smanjuje.

 

Paralelna veza: Kada kondenzatore spojimo paralelno napon na krajevima tako spojenih kondenzatora je isti U = const.

 

 

Ukupna količina elektriciteta ove baterije je:

  ili

Kada jednačinu podijelimo sa U dobijamo matematički izraz za paralelnu vezu kondenzatora:

 

Ukupni kapacitet baterije paralelno vezanih kondenzatora se povećava.

LEAVE A REPLY